[高分子材料] 唐本忠院士、丁丹教授：聚集诱导发光——团结就是力量,聚集照亮健康
AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF 唐本忠院士、丁丹教授：聚集诱导发光——团结就是力量，聚集照亮健康
2018-08-01
在现代医疗体系中，分子影像学是监测健康相关的生理和病理过程的有力工具。目前，已经发展了多种成像模式，如超声、X-射线、核磁共振等。然而，这些成像模式普遍存在着分辨率低和灵敏度差等问题。相比之下，荧光成像具有灵敏度高，实时可视化，副作用小，操作简便等特点。有机发光材料具有一些自身的优点，包括生物相容性好，方便易得以及潜在的可降解性等，在活体成像领域具有非常好的应用前景。例如，吲哚菁绿（ICG）和亚甲基蓝（MB）已经被FDA批准用于临床使用多年，显示了有机小分子材料在临床转化方面的巨大潜力。然而，传统的有机染料存在一些问题，包括斯托克斯位移小（<30 nm），抗光漂白性差和聚集导致猝灭等问题，大大限制了它们的实际应用。尤其是聚集导致猝灭问题，对固态或者聚集态的应用非常不利。
AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF 2001年，唐本忠院士课题组首次提出了"聚集诱导发光（AIE）"的概念，是一种新的光物理现象。与聚集导致猝灭现象不同，AIE材料在稀溶液中几乎不发光，而在聚集态的发光非常强。通过一系列机理方面的研究，分子内运动受限证明为AIE现象的主要机理。在该机理的指导下，开发了大量的AIE分子，其发射波长可以覆盖整个紫外-可见光波段，最近已经延伸到近红外区域。该类材料在光电器件、化学传感、过程监测、细胞成像和生物探针等领域取得了重要的应用。最近几年，涌现了大量性能优异的生物应用AIE材料，在活体成像与诊断治疗等方面显示出非常重要的应用前景。
香港科技大学唐本忠院士和南开大学丁丹教授课题组对AIE材料的生物应用进行了归纳性的系统总结。文章主要评述了近期AIE材料在动物体内的研究进展，包括长期追踪、三维血管造影、多模态成像、疾病诊断治疗和可激活探针等方面的应用。AIE纳米粒子可以对干细胞进行长达42天的长效追踪，可以用于大深度的脑部双光子成像，用于近红外二区的高分辨率成像探测；AIE材料可以与其它成像模式相结合，进行多模态成像，例如：荧光/CT，荧光/核磁共振，荧光/光声等；通过有效利用光物理过程产生的能量，AIE材料可用于诊断治疗一体化，如荧光成像介导的光动力学治疗，化学发光和光动力/化疗AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF 协同治疗；光声成像介导的光热治疗等；AIE材料自身的特点使其可以很好地用于可激活的探针，如“点亮型”的细胞凋亡检测和治疗，炎症部位的荧光激活和药物治疗追踪，光可控的荧光-光声成像可逆转变及大幅提高肿瘤手术的监测与治疗效果。文章最后，作者还对该领域的未来发展进行了展望，例如：开发同时具有近红外吸收和发射的AIE材料；发掘分子转子在促进光声性质方面的应用；利用AIE机理，更好地探索“点亮型”探针的活体应用；开发高特异性的刺激响应型探针；调控发光寿命，用于时间尺度的成像等。
相关综述文章发表在Advanced Healthcare Materials
(DOI: 上。本文的作者依次为齐迹博士，博士生研究生陈超，丁丹教授和唐本忠院士。
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来源：AdvancedScienceNews
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吉大杨英威教授-汤钧教授团队ACSAMI：聚合物主体材料调控激基缔合物荧光发射
吉大杨英威教授-汤钧教授团队ACSAMI：聚合物主体材料调控激基缔合物荧光发射
研究背景：
聚集诱导发光（Aggregation-induced emission, AIE）于2001年被香港科技大学唐本忠院士团队首次提出并报道，并在我国科学家的引领下逐渐成为国际热点研究领域。利用超分子主客体作用，将具有AIE特性的荧光分子与大环受体分子结合构筑而成的超分子组装体，能够有效限制AIE分子的转动和振动，为构筑高性能的聚集诱导发光材料提供新策略，并在离子检测、爆炸物检测、生物成像、光动力治疗、人工光捕获等领域展现出潜在的应用前景。然而，对于单一荧光分子体系，构筑荧光颜色可调节并具有高效AIE性能的材料仍然是一项很有挑战的工作。
研究内容：
近日，吉林大学化学学院杨英威教授-汤钧教授团队利用含有柱芳烃单元的三元无规共聚物实现了对氰基乙烯基类荧光分子的调节，通过聚合物限域和拆分客体荧光分子堆积的策略，成功构筑出一系列发光颜色可调节的超分子组装荧光增强体系（图1）。相关成果以“Supramolecular Engineering of Efficient Artificial Light-Harvesting Systems from Cyanovinylene Chromophores and Pillar[5]arene-Based Polymer Hosts”为题发表于ACS Appl. Mater.
Interfaces（2021, DOI: 10.1021/acsami.0c21651）。
图1 基于聚合物主体材料的超分子聚合物纳米粒子示意图。
（来源：ACS Appl. Mater. Interfaces）
研究方法：
首先，作者利用Knoevenagel缩合反应制备出两种含有不同给体基元的氰基乙烯荧光分子（CV-1-CN, CV-2-CN），并详细研究其光物理性质。研究发现，两种荧光分子具有激基缔合物性质，在固态下，CV-1-CN比CV-2-CN有更高的量子产率。根据其晶体结构，两个CV-2-CN分子采取分子主体重合的堆积方式，而CV-1-CN采取两分子错位堆积的方式，因而CV-2-CN在固态下表现出聚集荧光淬灭
aggregation—induced emission
aggregation—induced emission
Aggregation-induced emission（聚集诱导发光）是一种新颖的发光现象，可以用于制备具有高效率、高亮度发光的材料。该现象已成为研究领域的热点，近年来已经在聚集诱导发光材料、生物成像、传感器等领域得到广泛应用。
下面，我们将分几个步骤来阐述聚集诱导发光的相关内容。
1. 发光机理
聚集诱导发光的发生机理和一般的分子发光机理有所不同。在一般情况下，分子的单重态和三重态之间的转化是通过荧光发射的方式完成的。但在聚集状态中，分子间的空间有限制，使受激分子的倾向是通过非辐射转化来释放能量，然后通过热化的方式到达基态，即产生热能而非光能。
因此，在分子聚集状态下，荧光被抑制，而非辐射转化容易发生，从而产生聚集诱导发光。
2. 聚集状态的形成
聚集状态是聚集诱导发光产生的关键因素之一。分子的聚集形式包括J聚集体（J-aggregation）、H聚集体（H-aggregation）和π-π堆积聚集体（π-π stacking aggregation）等。
这些聚集形式都具有一定的相似性，它们包括靠近的分子间作用力增强、分子间距离缩小等特点。这会导致发生空间限制，并阻碍发光通路的传递，从而抑制荧光的发生。
3. 应用前景
由于聚集诱导发光具有很好的性质，如高亮度、高量子产率、抗荧光淬灭、低毒性等，因此被广泛应用于材料制备、生物成像、传感器等领域。
例如，通过聚集诱导发光，可以制备出高效的有机发光二极管、荧光材料等，这类材料在生物成像、显示器和照明应用等方面具有重要的应用价值。另外，也可以利用聚集诱导发光现象制备出特殊功能或者高灵敏的生物传感器。
总之，聚集诱导发光是一种重要的发光现象，在实践中具有广阔的应用前景。它不仅可以制备出高效的材料，并且还可以应用于各种领域，如生物成像、传感器等。相信在未来，聚集诱导发光将继续成为研究领域的热点之一。
聚集诱导发光聚合物
聚集诱导发光聚合物
1. 嘿,各位化学小伙伴们!今天咱们来聊一个超级酷炫的话题——聚集诱导发光聚合物!
听起来是不是很高大上?别怕别怕,跟着我一起来,保证让你们对这个"发光的小精灵"爱不释
手!
2. 想象一下,有一种神奇的材料,平时低调得不行,但一旦聚在一起就会发出耀眼的光
芒。这不就是我们每个人吗?单独的时候可能默默无闻,但一旦和志同道合的小伙伴们聚在
一起,立马就能发光发热!这就是聚集诱导发光聚合物的魔力所在。
3. 有同学可能会问:"老师,这听起来像是在讲童话故事啊?"哈哈,我理解你的疑惑。但
是,科学有时候比童话还要神奇!这种聚合物在溶液中是不发光的,但当它们聚集在一起,比如
形成固体或纳米粒子时,就会发出亮眼的光芒。这就像是一群害羞的萤火虫,单独的时候不
敢发光,聚在一起就变成了一片星光璀璨的海洋!
4. 来,让我们来看看这个小精灵是怎么工作的。想象你有一堆乐高积木,每个积木代表
一个聚合物分子。当这些积木散落在地上时就像聚合物分子在溶液中,它们不会发光。但
当你把它们拼在一起,形成一个复杂的结构时就像聚合物分子聚集在一起,突然间,整个结构
开始发光了!这就是聚集诱导发光的魔法!
5. 有的同学可能会问:"这种材料有什么用呢?难道只是用来装饰圣诞树吗?"哈哈,好问
题!虽然用它来装饰圣诞树确实很酷,但它的用途可远不止于此。这种材料在生物传感器、
有机发光二极管、药物递送系统等领域都有广泛应用。它就像是科学界的多面手,哪里需
要它就往哪里搬!
6. 说到这儿,我突然想到一个有趣的比喻。聚集诱导发光聚合物就像是化学界的"变形
金刚"。在溶液中,它们是普通的"汽车",看起来平平无奇。但一旦聚集起来,就变身成为发光
的"机器人",威风凛凛,光芒四射!
7. 有同学可能会问:"那这种材料是怎么被发现的呢?"好问题!这个发现其实是个"意外
的惊喜"。科学家们原本在研究如何减少聚合物在聚集状态下的荧光猝灭就是光变暗的现
象,结果却意外发现了这种在聚集状态下反而会发光的材料。这就像是你本来想做一道菜,
唐本忠：原创概念引领光材料发展
领军人物
唐本忠：原创概念引领光+料发展
图/新华社
唐本忠$ 1957年2月生于湖北潜江，籍贯湖南津市，香港科技大学讲座教
授、英国皇家化学会会士。1982年毕业于华南理工大学高分子化工系，1985
年、1988年先后获日本京都大学硕士及博士学位。曾在加拿大多伦多大学从事
博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。2009年当选为中国科
学院院士。
唐本忠长期致力于高分子合成方法论的探索、先进功能材料的开发以及聚
集诱导发光(AIE)现象的研究。发明了合成炔类聚合物的新催化体系，开拓了从 炔类单体制备线性和超支化高分子的新聚合途径，制备了一系列具有光、电、
磁、热和生物活性的新功能材料。发现了反常的AIE现象,解释了 AIE过程的机
理，并将AIE效应有效地应用到发光器件、化学检测和生物传感等技术领域。
作为AIE概念的提出者和研究的引领者，唐本忠累计发表学术论文约
1000篇，引用50 000余次。2018年，凭借在“聚集诱导发光”领域的开创性贡
献，唐本忠团队获得2017年度国家自然科学奖_等奖。
发明与创新2018.2 |
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聚集诱导发光材料的合成及其应用研究
聚集诱导发光材料的合成及其应用研究
聚集诱导发光材料（Aggregates-Induced Emission，简称AIE）是近年来新兴的材料研究领域，与传统的荧光材料不同的是，AIE材料表现出强烈的发光性能，而且在形成聚集态时发光效率更高。AIE材料在生物成像、传感、光电器件等领域有广泛的应用前景。
一、AIE结构特点及合成方法
大多数荧光材料在溶胶态时显示出强烈的发光性能，但若这些材料被聚集，发光通常会受到猝灭或淬灭。而AIE材料也称“发光外显材料”，是集成分子与聚集体的优点，表现出溶胶态时不发光、而在聚集态下发光的特性。这种现象被认为是聚集态下材料分子之间紧密堆积导致的。因此，AIE模式中聚集诱导发光是以空间抑制机制为基础的。
通过设计有机分子的结构与构造形态，可以合成出具有AIE性质的材料。目前常见的AIE材料合成方法有以下几种：
1. 活性质子化或活化酯合成法。这种方法利用弱酸或酯可以酸催化开环等特性，将AIE分子的极性、荷电性等结构进行改变从而获得发光性质。
2. 亲核性开环聚合法。该方法通过亲核性开环聚合反应，使分子在组装时形成高度排列的体系，从而具有AIE效应。例如聚氨酯、聚酰胺等聚合物可以通过加入类杂环分子产生AIE。
3. DNA水凝胶合成法。将其它AIE材料反应后填充进DNA水凝胶后，可以制备获得AIE材料。
二、AIE材料的应用 AIE材料在生物成像中有广泛的应用。由于其在聚集态下有强烈的发光性能，它可以被应用于肿瘤显像、各种生物分子的传态实时监测，另外还可以通过AIE的响应特性来检测水溶液中的离子等。
此外，AIE材料还可应用于化学传感领域，例如气体传感、超分子传感等。在这些传感领域，AIE材料可以通过调控聚集态发光行为响应特定的外部环境变化，如光响应，温度响应等。如果将AIE材料嵌入介孔硅材料中，可以制成高灵敏的温度传感器。
此外，AIE材料还可用于OLED显示器，这类材料能够充分提高器件的发光效率、提高侧向发光特性，进而降低耗电量，提高显示屏幕的亮度。
CAS：2566678-02-0聚集诱导发光材料AIE荧光染料
CAS：2566678-02-0聚集诱导发光材料AIE荧光染料
聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)是由香港科技大学唐本忠院士团队于2001年偶然发现的一种异常的发光现象。和传统荧光材料所具有的ACQ（aggregation-caused quenching）发光现象相反，具有AIE性质的荧光材料在溶液中以单分子形式存在时，激发态的电子通过分子内的运动回到基态；当分子处于聚集态时，分子内运动受限，激发态的电子只能通过辐射跃迁的方式回到基态，因而可以观察到荧光的现象。AIE材料的构筑离不开其核心AIE基元，例如：四苯基乙烯、苯基取代噻咯、苯基乙烯蒽和苯基取代吡咯等
CAS2566678-02-0 聚集诱导发光材料AIE荧光染料
AIE荧光染料
CAS:2566678-02-0
英文名:2-(4-(1,2,2-triphenylvinyl)phenyl)-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline
分子式:C39H26N4
分子量:550.22
λex是指荧光激发波长,λem是指荧光发射波长
QY小编zyl2022.12.7
聚合诱导发光
聚合诱导发光
聚合诱导发光（Aggregation-induced emission，简称AIE）是一种特殊的发光现象，指的是某些分子或聚合物在溶液中或固态中不发光，但在聚集形态下发出强烈的光。与传统的发光物质不同，AIE材料具有高量子产率、较长的寿命和很好的光学稳定性等优点，因此在生物成像、光电器件和传感器等领域具有广泛的应用前景。
AIE现象的产生机理是由于分子内部的构象改变和分子间的相互作用。在溶液中，许多发光分子由于构象的限制而无法发出光，这被称为非辐射跃迁。然而，当这些分子聚集在一起形成聚集体时，由于分子间的空间限制，使得分子内的振动模式受到限制，进而促使非辐射跃迁的能量转化为辐射跃迁，从而产生明亮的发光现象。
AIE现象的发现为设计和合成高效的发光材料提供了新思路。通过调控分子结构，可以实现AIE材料的设计和合成。常见的AIE分子包括光致发光染料、有机小分子和聚合物等。这些分子结构复杂多样，但都具有共同的特点，即分子内含有类似双键、芳香环或杂环等共轭结构，同时分子的外围结构具有空间位阻。
AIE材料的应用潜力巨大。在生物成像领域，AIE材料可以作为荧光探针，用于细胞或组织的成像。由于AIE分子在溶液中不发光，可以减少背景信号的干扰，提高成像的信噪比。同时，AIE材料具有较长的寿命和较高的亮度，可以实现长时间的实时成像。在光电器件方面，AIE材料可以用于有机发光二极管（OLED）的制备，用于显示器、照明和显示等领域。与传统的有机发光材料相比，AIE材料具有更高的发光效率和更长的使用寿命。在传感器领域，AIE材料可以用于检测环境中的离子、小分子和生物分子等。通过改变AIE材料的结构和环境条件，可以实现对目标物质的高选择性和高灵敏度的检测。
虽然AIE现象已经取得了很多重要的研究成果，但仍然存在一些挑战和问题。首先，AIE材料的设计和合成仍然具有一定的难度，需要兼顾分子内部的构象改变和分子间的相互作用。其次，AIE材料的发光机理还不完全清楚，需要深入研究分子内部的能量转移和跃迁过程。此外，AIE材料的应用还受到聚集体形态的限制，需要进一步探索不同形态下的发光性能。
高分子材料领域院士盘点
高分子材料领域院士盘点
我国在高分子材料的开发和综合利用虽起步较晚，但发展较快，高分子材料已经为我国的经济建设做出了重要的贡献，我国目前已建立了完善的高分子材料的研究、开发和生产体系。其中离不开高分子领域科研工作者的努力，尤其是此领域内的院士。
曹镛
高分子化学家。成功地研制出可弯曲的塑料片基发光二极管使铝阴极LED的电荧光量子效率达到甚至超过钙阴极器件等。提出大幅度提高聚合物发光效率的新途径。
陈庆云 有机化学家。主要从事有机氟化学研究。成功地将全氟烷基引入有机分子，为含氟材料和有机氟化学作出了贡献。
李永舫
高分子化学家。长期从事光电功能高分子领域的研究工作，在聚合物太阳能电池共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料以及电极界面修饰层材料、导电聚合物电化学等方面取得了一系列研究成果。
沈家骢 高分子化学家。中国超分子化学的开拓者之一。一直从事聚合反应统计理论及微观动力学、透明聚合物树脂、超分子组装与功能、高分子信息材料和人工模拟酶等方面的研究。
唐本忠
高分子化学家。主要从事高分子合成方法论的探索、先进功能材料的开发以及聚集诱导发光（AIE)现象的研究。凭借在“聚集诱导发光”领域的开创性贡献，唐本忠团队获得国家自然科学奖一等奖。
田禾
精细化工专家。长期从事功能染料的基础与应用研究，有机功能材料的合成及其光物理、光化学研究，至重点为功能染料。
王佛松 高分子化学家。主要从事聚合、稀土催化及导电高分子研究，近期还开展高分子—无机纳米复合材料的工作。
张俐娜 高分子物理化学家。主要从事天然高分子材料与高分子物理的基础和应用研究。创建出一系列基于纤维素和甲壳素新材料，并阐明材料结构与性能之间的构效关系，由此开辟了构筑天然高分子材料新途径。
朱道本 有机化学、物理化学家。20世纪70年代开始有机固体领域的研究，是我国从事该领域研究的主要科学家之一。制备了一系列体系的有机晶体和分子膜。
卓仁禧
【CN110386930A】聚集诱导发光化合物、其制备方法及其应用【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日
(21)申请号 201910298175.8
(22)申请日 2019.04.15
(30)优先权数据62/762,037 2018.04.18 US
(71)申请人 香港科技大学地址 中国香港九龙清水湾
(72)发明人 唐本忠 赵征
(74)专利代理机构 北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112代理人 高钊 李小山
(51)Int.Cl.C07D 417/04(2006.01)C07D 285/14(2006.01)C09K 11/06(2006.01)H01L 51/50(2006.01)H01L 51/54(2006.01)G01N 21/84(2006.01)G01N 21/64(2006.01)
(54)发明名称聚集诱导发光化合物、其制备方法及其应用(57)摘要本发明提供了聚集诱导发光化合物、其制备方法及其在有机电致发光器件、薄膜或生物成像中的应用，所述化合物由下式I表示：
其中各变量基团
如本文所定义。所述化合物为具有优异的深红/近红外发光特性、热力学稳定性和光学性质的全
新发光材料。
权利要求书5页 说明书19页 附图25页CN 110386930 A2019.10.29
CN 110386930
A1.一种聚集诱导发光化合物，其特征在于由下式I表示：
其中，Ar1和Ar2相同或者不同，并且各自独立地为氢、取代或未取代的成环碳原子6-18
的芳香族环烃基、取代或未取代的成环碳原子5-18的芳香族杂环基或其组合，在取代的情
况下，芳香族环烃基和/芳香族杂环基的至少一个氢被选自卤原子、烷氧基、羟基、氨基、烯
基、炔基、炔基羰基、芳基、酯基、巯基、醛基、氰基、氧原子、亚氨基、砜基、羰基、炔基酯基、亚
烯基、亚炔基、亚芳基、-C(＝O)OH、硫原子、亚硝基、硝基、任选地被一个或多个C6-C18芳香
族环烃基或成环碳原子5-18的芳香族杂环基取代的C2-C18烯基、任选地被一个或多个C6-
聚集诱导发光聚合物的制备及应用研究进展
doi:10.16865/ki.1000-7555.2022.0123收稿日期：2021-11-12基金项目：西安市科协青年人才托举项目（************）；陕西省自然科学基础研究计划（2021JQ-798）；陕西省教育厅青年创新团队（环境污染监测与治理创新团队，51）通讯联系人：贾园，主要从事功能性高分子复合材料的制备与改性研究，E-mail：
**********************高分子材料科学与工程
POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING第38卷第6期
2022年6月Vol.38.No.6
Jun.2022
聚集诱导发光（AIE）概念自2001年由唐本忠院
士提出以来，就受到了国内外学者的广泛关注[1]。
AIE主要是指分子体系在溶液中不发光或只能微弱
地发光，而聚集后或在固态条件下发光显著增强的
现象[2]。这类材料不但具有独特的发光特征，且克
服了传统发光材料聚集导致荧光猝灭（ACQ）的问
题[3]。常见的AIE型化合物主要包括多苯基、呋喃
等芳香类杂环化合物、金属配合物、含氢键体系、
AIE型高分子聚合物等。其中，AIE型聚合物以其
良好的成膜性、高的发光稳定性、优异的加工性能，
在生物医学、荧光传感等多个领域中得到较为广泛
的应用[4]。
1聚集诱导发光聚合物的制备
目前开发出的AIE聚合物材料可分为共轭型和
非共轭型2类[5]。共轭型发光聚合物的结构中含有
苯环、杂环等传统发光基团，颜色区域能够覆盖整
个可见光和近红外光区，且荧光量子产率高，但生
物相容性和环境友好性较低[6]；而非共轭发光聚合
物分子结构中不含大π电子的共轭基元，具有低毒
性和生物友好性，被广泛应用于细胞毒性检测、生
物成像及药物缓释等方面[7]。然而，大部分非共轭
发光聚合物存在荧光强度不高、色谱单一、量子产率偏低等缺点。因此，开发出易于合成且荧光强度
高的AIE型发光聚合物，已成为材料领域研究中的
热点。